Ανάλυση επίγειων και δορυφορικών γεωδαιτικών παρατηρήσεων για την εκτίμηση επιφανειακών παραμορφώσεων

Αναστασίου, Δημήτριος; Anastasiou, Demitrios

dc.contributor.author	Αναστασίου, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Anastasiou, Demitrios	en
dc.date.accessioned	2017-09-04T07:56:00Z
dc.date.available	2017-09-04T07:56:00Z
dc.date.issued	2017-09-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45483
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2736
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	τανυστής παραμόρφωσης	el
dc.subject	επίγειες παρατηρήσεις	el
dc.subject	δορυφορικές παρατηρήσεις	el
dc.subject	διερεύνηση γεωμετρίας ρήγματος	el
dc.subject	Δυτική Ελλάδα	el
dc.subject	strain tensor	en
dc.subject	GNSS data	el
dc.subject	Terrestrial observations	en
dc.subject	Investigation of fault geometry	el
dc.subject	West Greece	en
dc.title	Ανάλυση επίγειων και δορυφορικών γεωδαιτικών παρατηρήσεων για την εκτίμηση επιφανειακών παραμορφώσεων	el
dc.contributor.department	Τομές Τοπογραφίας - Κέντρο Δορυφόρων Διονύσου	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	ΓΕΩΔΑΙΣΙΑ	el
heal.classification	GEODYNAMICS	en
heal.classification	Δορυφορική Γεωδαισία	el
heal.classification	Satellite geodesy	en
heal.classification	ΓΕΩΔΥΝΑΜΙΚΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/fdf9939fd41fe8fdbde9da195afeb4522860796e
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c90058558569d7113cf87ab49f7df7690fefc469
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh93001592
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c90058558569d7113cf87ab49f7df7690fefc469
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-05
heal.abstract	Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει σκοπό την αξιοποίηση επίγειων και δορυφορικών γεωδαιτικών δεδομένων για την εκτίμηση του πεδίου παραμορφώσεων σε συγκεκριμένες περιοχές ενδιαφέροντος της Ελλάδας, καθώς και τη διερεύνηση πιθανής συσχέτισης των γεωδαιτικών δεδομένων με ισχυρά σεισμικά γεγονότα. Η έρευνα επικεντρώνεται στις περιοχές της Δυτικής Ελλάδας και του Κεντρικού Ιονίου πελάγους καθώς και της Κεντρικής Ελλάδας και του Κορινθιακού Κόλπου. Οι περιοχές επιλέχθηκαν καθώς αποτελούν ζώνες με έντονη τεκτονική και σεισμική δραστηριότητα, όπου υπάρχουν και πυκνοκατοικιμένες πόλεις και σημαντικά έργα υποδομής. Επίσης είναι οι περιοχές όπου πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες μετρήσεις γωνιών του τριγωνομετρικού δικτύου τη περίοδο 1889-1893. Ένα από τα σημαντικά εργαλεία στη προσπάθεια διερεύνησης της συσσώρευσης ελαστικής παραμόρφωσης και του σεισμικού κινδύνου σε μια περιοχή είναι η εκτίμηση των ανηγμένων παραμορφώσεων με βάση τις γεωδαιτικές μετρήσεις. Για την εκτίμηση των ανηγμένων παραμορφώσεων χρησιμοποιούνται οι αλγόριθμοι των Pope (1966), Frank (1966) και Prescott (1976) όπως αναπτύχθηκαν στις αντίστοιχες εργασίες. Τα γεωδαιτικά δεδομένα που αξιοποιούνται είναι επίγειες μετρήσεις διευθύνσεων του τριγωνομετρικού δικτύου της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ) και δορυφορικά δεδομένα GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Η ανάκτηση των επίγειων μετρήσεων έγινε από το ιστορικό αρχείο της ΓΥΣ και καλύπτουν το διάστημα 1889 έως 1987. Τα δεδομένα έχουν αρχειοθετηθεί σε βάση δεδομένων η οποία σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε στα πλαίσια της εργασίας για την καλύτερη διαχείρισή τους και περιλαμβάνει πλέον 2394 εγγραφές. Οι μετρήσεις του τριγωνομετρικού δικτύου πραγματοποιήθηκαν σε 4 διαφορετικές περιόδους και αυτές είναι που χρησιμοποιήθηκαν για την αρχειοθέτηση και μετέπειτα ανάλυση των δεδομένων. Για την ανάλυση της κινηματικής συμπεριφοράς την τελευταία 30ετία στη Δυτική Ελλάδα χρησιμοποιήθηκαν περιοδικές μετρήσεις GPS που πραγματοποιήθηκαν σε 31 σημεία την περίοδο 1989 έως 2001 ένω παράλληλα έγινε ανάλυση δεδομένων για 19 μόνιμους σταθμούς GNSS που είναι εγκατεστημένοι στην περιοχή. Για την πληρέστερη κάλυψη της περιοχής χρησιμοποιήθηκαν και αποτελέσματα 4 σταθμών από την εργασία των Hollenstein et al. (2008). Στην ανάλυση των επίγειων γεωδαιτικών μετρήσεων έχουν επιλεγεί 56 τρίγωνα από το τριγωνομετρικό δίκτυο τα οποία κάλυπτουν την περιοχή ενδιαφέροντος. Τα δεδομένα έχουν χωριστεί σε τρεις περιόδους ανάλυσης μεταξύ των κοντινών περιόδων μετρήσεων και έγινε υπολογισμός των ανηγμένων διατμητικών παραμορφώσεων και των αξόνων επιμήκυνσης για κάθε τρίγωνο ξεχωριστά. Επίσης παρουσιάζεται η διαχρονική ανάλυση των μεταβολών του πεδίου ανηγμένων παραμορφώσεων από τη πρώτη περίοδο ανάλυσης έως την τελευταία. Στη συνέχεια η μελέτη εστιάζεται στην ανάλυση της κινηματικής συμπεριφοράς της Δυτικής Ελλάδας με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων GNSS. Με βάση την ανάλυση των τεκτονικών ταχυτήτων των σταθμών, η περιοχή έχει χωριστεί σε υποπεριοχές (blocks) και έχει γίνει διερεύνηση για τον υπολογισμό των παραμέτρων των τανυστών ανηγμένης παραμόρφωσης. Αναλύονται τα μοντέλα των 4 μπλοκ για την ευρύτερη περιοχή της Δυτικής Ελλάδας και των 5 μπλοκ για την περιοχή του Κεντρικού Ιονίου και του Πατραϊκού Κόλπου. Επίσης παρουσιάζεται η ανάλυση των τανυστών ανηγμένης παραμόρφωσης για τα τρίγωνα που σχηματίζονται από τους σταθμούς GNSS, ενώ γίνεται σύγκριση και με τα αποτελέσματα από την ανάλυση των επίγειων μετρήσεων. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας διερευνάται η συμβολή των γεωδαιτικών δεδομένων στην ανάλυση των σεισμικών γεγονότων. Επιλέχθηκαν έξι ισχυρά σεισμικά γεγονότα στη περιοχή της Δυτικής Ελλάδας για το χρονικό διάστημα 1909 έως 1965. Γίνεται σύγκριση του πεδίου μεταβολής των τάσεων Coulomb όπως υπολογίζονται από τις παραμέτρους των ρηγμάτων των σεισμών με τα αποτελέσματα από την ανάλυση των γεωδαιτικών μετρήσεων. Η έρευνα εστιάζεται σε τρίγωνα που παρουσίασαν υψηλές τιμές ολικής διατμητικής ανηγμένης παραμόρφωσης και γίνεται διερεύνηση εαν οι τιμές αυτές οφείλονται στη σεισμική δραστηριότητα ή σε χονδροειδή σφάλματα των μετρήσεων. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η σεισμική ακολουθία της περιόδου 26 Ιανουαρίου - 3 Φεβρουαρίου 2014 στη περιοχή της Κεφαλονιάς. Αυτό το χρονικό διάστημα συνέβησαν δύο ισχυροί σεισμοί και πλήθος μετασεισμών. Σημαντικές μετατοπίσεις καταγράφηκαν στους μόνιμους σταθμούς GNSS που είναι εγκατεστημένοι στο νησί της Κεφαλονιάς. Χρησιμοποιώντας διαφορετικά μοντέλα για τη γεωμετρία των ρηγμάτων όπως προτάθηκαν από επιστημονικές εργασίες, υπολογίζονται οι επιφανειακές μετατοπίσεις με τη χρήση του αλγορίθμου Okada (1985) και παρουσιάζεται η σύγκριση με τις μετατοπίσεις των μόνιμων σταθμών GNSS.	el
heal.abstract	Greece is located on the boundary of convergence of three tectonic plates, making it the most active tectonic and seismic area in Europe. The complexity of the tectonic background makes the region a natural laboratory, study of tectonic phenomena such as strong earthquakes and intense deformations. As a result, there is a lot of scientific work that has been carried out to better identify the deformation field in Greece. The research focuses on the regions of Western Greece and Central Ionian Sea as well as Central Greece and the Corinthian Gulf. The areas were selected as they consist of zones of intense tectonic and seismic activity, while densely populated cities and major infrastructure are located there. Furthemore, the first angular measurements of the trigonometric network were carried out during the period 1889-1893 on these regions. A trigonometric network is an important background for the implementation of a reference system for mapping, cadastre, surveying etc.. In Greece, the first effort for a National network began in the middle of the 19th century. In 1889, the trigonometric network re-established and is the one used up to now. Trigonometric stations can also be used as control points to identify displacements in a region. Taking advantage of such historical measurements requires an additional process of catalogueing, evaluating and archiving the data. The methodology followed here plays a significant part in this study. The terrestrial geodetic data were collected from the historical archives of Hellenic Militery Geografical Service (HMGS). A database was designed and implemented for the first time in order to collect, ecaluate and store all the available information (Figure 4.6). The database is structed in such a way that new data can be included. In the last 30 years campaign GPS measurements were carried out at 31 points between 1989 and 2001 in order to analyse the kinematic behavior of Western Greece (Table 4.15}, Figure 4.8). Tectonic velocities of 19 permanent GNSS stations located in the area were also analyzed. Furthermore, 4 stations used by Hollenstein et al. (2008) were also evaluated (Table 4.14, Figure 4.7). The terrestrial geodetic measurements analysis, used 56 triangles which were selected from the trigonometric network covering the region (Figure 5.5). The data has been divided into three time periods while, the analysis was carried pairs of epochs of obervations (Table 4.1).The results include shear strain and direction of elongation axes for each triangle as they were calculated by the Frank (1966) method. The study then focuses on the kinematic analysis of Western Greece, using satellite GNSS data. Based on the tectonic velocities of the stations, the region has been subdivided into blocks and the parmaeters of the strain tensors are estimated. Models of 4 blocks for the wider Western Greece region and of 5 blocks for the Central Ionian and Patras Gulf were tested. Also, the results for the triangles formed by the GNSS stations and the respective strain tensors derived from the terrestrial abservations are compared. The last part of the thesis investigates the contribution of geodetic data to the analysis of seismic events. Six strong seismic events were selected in the region of Western Greece for the time period between the years 1909 to 1965 (Table7.1). The Coulomb stress field is calculated using as input parameters of the earthquake faults the seismic ones. The displacement field (episodic) compared with the results from the terrestrial geodetic data (secular displacement field). The research focuses on triangles with high values of total shear strain and investigates whether these values are due to seismic activity or gross errors in the observations. For the recent years, the Kephalonia's seismic sequence was analyzed. On January 26, 2014 a strong earthquake of magnitude Mw=6.0 occurred on Kephalonia Island followed by a similar magnitude earthquake Mw=5.9 one week later on February 3, 2014. Extensive structural damages, landslides and many damages on the islands main roads, harbour and airport occured mainly on the western and central part of the island. Significant shifts have been recorded in the GNSS permanent stations located on the island of Kefalonia. Using different models for fault geometry as suggested by previous research (Tables 7.6}, 7.7), surface displacements were calculated using the Okada (1985) algorithm and were compared with the shifts of GNSS permanent stations. The final conclusions of the kinematic behavior for the region of interest and the possible correlation with strong seismic events are presented below. The analysis of the terrestrial geodetic data aggrees with the Stiros (1993) results, that the the deformation field before and after 1930 differs, which is expected as similar data have been used. For the first period of analysis, the total shear rate is of the order of 80 nstrain/y. In the second period, after 1930, the total shear strain increases. The values for the third period of analysis are similar, while some regions show very high rates of total shear strain, which may be related to seismic activity in the Corinthian Gulf region or, alternatively due to possible presence of gross errors in the measurements. Also, for the region of the Central Ionian and Patraikos Gulf, a change in the direction of the total shear from ESE to WNW, parallel to the direction of the main faults in the region is observed (Figure 5.13). In the region of Western Greece and the Ionian Sea, the direction of the principal axes of elongation is N - S in all three periods of analysis (Figure 5.12). This is consistent with corresponding work which used terrestrial data (Billiris et al., 1991, Davies et al., 1997, Stiros, 1993, Veis et al., 1992). It also coincides with the results of recent studies for the deformation field in this region using GNSS data (Agatza-Balodimou et al., 1994, Chousianitis et al., 2015, Floyd et al., 2010, Ganas et al., 2013a, Hollenstein et al., 2008, Kahle et al., 1995, Pérouse et al., 2012). For the region of Sterea Hellas many trigonometric stations were re-established, especially in the central part, so there were not many compatible observations for the analysis. This did not allowed a detailed analysis of the shear strain field in this region. From the second period of analysis, elongation is observed in NE - SW direction (Figure 5.8) which is consistent with the results of the works Davies et al. (1997), Veis et al. (1992), Μαρίνου (2014). In the third period of analysis, including the sequence of earthquakes in the Alkyonides Islands, it is observed that the wider area of the Kaparelli and Erythres faults shows a higher rate of change of the total shear strain and its direction is parallel to the main faults of the region (Figure 5.11). Also the elongation axis is in the NNW - SSE direction, inconsistent with the general kinematics of the area. However, these results are consistent with the deformation field presented in the work of Marinou et al. (2015) for the area of the Kaparelli fault. The analysis of the GNSS geodetic data was concentrated in the region of Western Greece. The area of northwest Greece is moving at a very low velocity with respect to a stable Europe in a NNW direction, while it is extending to the NNW - SSE with a similarly low rate (Figures 6.1, 6.2). South of Lefkada Island, velocities are increasing in SW direction (Figure 6.1). A zone where the velocities south of it remain constant (Figure 6.11) is observed in Northwest Peloponnesus, as in the papers of Floyd et al. (2010), Pérouse (2013). From the interpretation of the strain tensors it appears that the region of Central Greece - Ionian Sea extends in a N - S direction, while the southern area of the Ionian in a NNE - SSW one (Figures 6.4, 6.7). In the wider area of the Central Ionian, a single segment is rotated clockwise at a rate of 7.439 ± 0.973 deg/My (Figures 6.8, 6.12). This is in agreement with the studies of Pérouse (2013) and Chousianitis et al. (2015) for the kinematic analysis of the region. However, a dense GNSS network would help to detect the boundaries of this region more clearly. The area of the Gulf of Patras and the western part of the Corinthian Gulf is extending to the NNE - SSW with strain rates of the order of 411 and 293 nstrain/y (Figure 6.11). Comparing the analysis between terrestrial measurements from 1890 to 1987 and the GNSS data over the last 25 years, it seems that the Ionian region, with small deviations, extends to the N - S direction for the entire time period of geodetic observations (Figures 5.12, 6.13). In the Gulf of Patras, the deviations of the elongation axis are larger, between past and present, while it seems the direction chenges from NNW - SSE to NNE - SSW (Figures 5.12, 6.13). The analysis of the six strong seismic events in the region of Western Greece, show that some triangles with higher total shear values are located in the area where a strong earthquake occured. In the care of the earthquakes of Katuna fault in 1921 (Figure 7.3), Killini in 1939 (Figure 7.5) and Eliki in 1965 (Figure 7.7), the high values observed are likely to be due to gross errors in measurements rather than the seismic events. The earthquakes of Nafpaktos in 1909 (Figure 7.2) and Katouna in 1953 (Figure 7.4) may have affected the adjacent trigonometric stations. The strongest earthquake of Kefalonia in 1953 (Figure 7.6) has clearly contributed to the enormous values of the strain tensor estimated of the adjacent triangles. The analysis of the recent earthquake sequence in Kefalonia (January 26 - February 3, 2014) (Figures 7.9, 7.10, 7.11) shows significant shifts at the permanent stations on Kefalonia Island (Figures 7.12, 7.13).The displacements of KEFA station in Lixouri, of the order of 52.0 mm for the first earthquake and 96.0 mm for the second earthquake in a SSE direction, are significantly larger than the ones observed for the other stations (Table 7.5). This difference may be due either to the fact that the epicenter of the earthquakes is very close to the site of the station or due to the liquefaction phenomena observed in the area (Papadopoulos et al., 2014, Valkaniotis et al., 2014), as attributed by Ganas et al. (2015). Also, the opposite direction of the KEFA (SSE) and KIPO (NNW) shifts confirms the results of Ganas et al. (2015), Karakostas et al. (2015), Sakkas and Lagios (2015), Sokos et al. (2015) that the zone of activated fault is located between the two stations on the peninsula of Paliki. For the first seismic event, from the investigation of the fault geometry, the solutions converge to a fault with a NNE direction and a slope to the east. In the solution of Ganas et al. (2015) (Figure 7.14), the shifts of the stations from the Okada (1985) model are in line with those of the geodetic data, with the exception of station KEFA. For the second seismic event, the shifts of the GNSS stations are more in agreement with theO kada (1985) surface deformation field for a two-segment fault as suggested by Boncori et al. (2015) (Figure 7.18). Compatibility is expected since this model has used both GNSS and InSAR data.	en
heal.advisorName	Παραδείσης, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Paradissis, Demitrios	en
heal.committeeMemberName	Παραδείσης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαζήση, Καλλιόπη	el
heal.committeeMemberName	Μητσακάκη, Χριστιάνα	el
heal.committeeMemberName	Σταθάς, Δημοσθένης	el
heal.committeeMemberName	Γκίκας, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Δρακάτος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Χουλιάρας, Γεράσιμος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	209
heal.fullTextAvailability	true